(57)【要約】【課題】  熱交換の効率が高く、かつ製造が容易な熱交換隔壁を提供する。【解決手段】  高温ガスが存在する領域と冷却空気が流される領域とを区画する基板の冷却空気側の表面に多数の丸ピンを配置する。さらに、丸ピンと同じ側の基板の表面に、多数のリブを分散的に配置する。リブの形状は、基板に垂直な方向から見て平行四辺形である。冷却空気はリブに衝突して乱流を発生し、丸ピン及び基板を効率的に冷却する。【選択図】図１
2005061333.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板の表面に設けられた複数の丸ピンと、
前記表面に設けられた複数の第１リブと、
前記表面に設けられた複数の第２リブ
とを具備し、
前記丸ピンは、前記基板の表面に平行な第１座標軸の方向と、前記基板の表面に平行であり前記第１座標軸に対して斜交する第２座標軸の方向とに周期的に配置され、
前記第１リブは前記第１座標軸の方向に隣りあう２本の前記丸ピンの中間に配置され、
前記第１リブの前記表面に水平な断面は、前記第１座標軸に平行な第１辺と、前記第１座標軸と前記第２座標軸との等分線に平行な第２辺とを有する平行四辺形であり、
前記第２リブは前記第２座標軸の方向に隣りあう２本の前記丸ピンの中間に配置され、
前記第２リブの前記表面に水平な断面は、前記第２座標軸に平行な第１辺と、前記第１座標軸と前記第２座標軸との前記等分線に平行な第２辺とを有する平行四辺形である
熱交換隔壁。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱交換用の隔壁の構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンは、空気を圧縮する圧縮機と、その圧縮機によって圧縮された空気と燃料とを燃焼して高温の燃焼ガスを作る燃焼器と、その燃焼器から取り込まれた燃焼ガスの膨張により駆動力を得るタービンとを備えている。燃焼器は高温となるため、冷却を施される。効率の良い冷却手段が望まれている。
【０００３】
自身の内側に燃焼室を形成するライナと、ライナの外周側に位置する外壁と、ライナと外壁との間の間隙に形成され、圧縮機で昇圧された空気を燃焼室に導く空気流路と、を有するガスタービンにおいて、ライナの外周側面には、周方向に伸びる凸部を形成するリブと、長手方向に伸び、リブより高い凸部を形成するフィンとを備えたことを特徴とするガスタービンが知られている（特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−８８２５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、熱交換の効率が高く、かつ製造が容易な熱交換隔壁を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
以下に、［発明を実施するための最良の形態］で使用される番号を括弧付きで用いて、課題を解決するための手段を説明する。これらの番号は、［特許請求の範囲］における記載と、［発明を実施するための最良の形態］における記載との対応関係を明らかにするために付加されたものである。それらの番号を、［特許請求の範囲］に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。
【０００７】
本発明による熱交換隔壁（１）は、基板（２４）と、基板（２４）の表面に設けられた複数の丸ピン（２２）と、表面に設けられた複数の第１リブ（２３−１）と、表面に設けられた複数の第２リブ（２３−２）とを具備している。
丸ピン（２２）は、基板（２４）の表面に平行な第１座標軸（Ｕ）の方向と、基板（２４）の表面に平行であり第１座標軸（Ｕ）に対して斜交する第２座標軸（Ｖ）の方向とに周期的に配置されている。
第１リブ（２３−１）は第１座標軸（Ｕ）の方向に隣りあう２本の丸ピン（２２）の中間に配置されている。
第１リブ（２３−１）の表面に水平な断面は、第１座標軸（Ｕ）に平行な第１辺と、第１座標軸（Ｕ）と第２座標軸（Ｖ）との等分線に平行な第２辺とを有する平行四辺形である。
第２リブ（２３−２）は第２座標軸（Ｖ）の方向に隣りあう２本の丸ピン（２２）の中間に配置されている。
第２リブ（２３−２）の表面に水平な断面は、第２座標軸（Ｖ）に平行な第１辺と、第１座標軸（Ｕ）と第２座標軸（Ｖ）との等分線に平行な第２辺とを有する平行四辺形である。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、熱交換の効率が高く、かつ製造が容易な熱交換隔壁が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、図面を参照しながら、本発明を実施するための最良の形態について説明する。本発明における熱交換隔壁は、航空機用ガスタービンの燃焼器の内筒を冷却するために好適に使用される。
【００１０】
図１を参照して、燃焼器２は、外筒４と内筒６とを具備している。外筒４には、図示しない圧縮機が吐出する圧縮空気１１を取り入れる空気入口９が設けられている。
【００１１】
内筒６の外壁はシェル１２によって形成されている。内筒６には、内筒６の内部に燃料を噴射する燃料ノズル８が設置され、内筒６の内部に空気を導入する空気入口１０が設けられている。
【００１２】
シェル１２の内側は、複数のパネル１４によって覆われている。パネル１４によって囲まれた空間は、燃料ガスと空気とが混合され燃焼する燃焼室１６である。パネル１４はシェル１２との間に隙間が空くようにシェル１２に設置されている。その隙間は、圧縮空気１１が流入する冷却空気入口１７に連続している。又は、その隙間は、シェル１２にあけられた冷却空気用穴に連続している。燃焼室１８の下流側は、タービンの入口に接続されている。パネル１４は、本発明による熱交換隔壁１によって形成されている。
【００１３】
図２Ａを参照すると、熱交換隔壁１が備える基板２４の表面をｘｙ平面として、熱交換隔壁１をｚ軸の正方向から見た形状が示されている。熱交換隔壁１は、冷却空気入口１７がｘ軸の負方向になる向きで配置される。すなわち、冷却空気１８の流れは、平均してｘ軸の負方向から正方向に向う。
【００１４】
基板２４には、複数の丸ピン２２が設けられている。複数の丸ピン２２は、基板２４の表面を底面とする同一の円筒形状をしている。丸ピン２２は、基板２４の表面に平行な第１座標軸Ｕの方向にピッチＰ１で周期的に配列され、基板２４の表面に平行であり第１座標軸Ｕに対して斜交する第２座標軸Ｖの方向にピッチＰ２で周期的に配列されている。
【００１５】
熱交換隔壁１は、第１座標軸Ｕと第２座標軸Ｖとが交わる角を２等分する線が冷却空気１８の流れの平均方向と直交する方向に設置されることが好ましい。
【００１６】
第１座標軸Ｕの方向に隣接する２本の丸ピンの中間には、第１リブ２３−１が設けられている。基板２４の表面に水平な第１リブ２３−１の断面は、第１座標軸Ｕに平行な辺と、第１座標軸Ｕと第２座標軸とに対して同じ角度で交わる等分線（図２Ａにおけるｙ軸に平行な線）に平行な辺とを有する平行四辺形である。
【００１７】
第２座標軸Ｖの方向に隣接する２本の丸ピンの中間には、第２リブ２３−２が設けられている。基板２４の表面に水平な第２リブ２３−２の断面は、第２座標軸Ｖに平行な辺と、第１座標軸Ｕと第２座標軸とに対して同じ角度で交わる等分線（図２Ａにおけるｙ軸に平行な線）に平行な辺とを有する平行四辺形である。
【００１８】
図２Ａに示された熱交換隔壁１をＡ−Ａ´面で切断してｘ軸の負方向から見た断面図が図２Ｂに示されている。基板２４の丸ピン２２が配置されている側と反対側の面は、燃焼室１６に面している。基板２４に垂直方向の丸ピン２２の高さＨ１は、基板２４の丸ピン２２が配置されている側の表面とシェル１２との間の距離と比較して同一か、わずかに短い。
【００１９】
図３は、基板２４に垂直な方向から見たときの第１リブ２３−１と第２リブ２３−２との断面形状を示している。第１リブ２３−１と第２リブ２３−２との断面形状を形成するすべての辺は、第１座標軸Ｕに平行な複数の第１削り線３１、第２座標軸Ｖに平行な複数の第２削り線３２、または第１座標軸Ｕと第２座標軸Ｖとに等しい角度で交わる第３削り線３３のいずれかの一部である。
【００２０】
こうした形状のリブを備えた熱交換隔壁１において、設計するための性能試験に使用するための試験体は、次のように製造される。
まず、基板２４にフライス削りを施して、第１リブ２３−１と第２リブ２３−２を削り出す。
次に、丸ピン２２を半田づけなどの方法により基板２４に付ける。
【００２１】
第１リブ２３−１と第２リブ２３−２が図３に示される配置をしていることにより、フライス削りは第１削り線３１と第２削り線３２と第３削り線３３を端部として行えばよい。こうした配置のリブを備えた試験体は製造が容易である。そのため、ガスタービンに適用する熱交換隔壁１の設計を最適なものにするための試験を行うことが容易となる。
【００２２】
燃焼器２を備えるタービンが運転されるとき、燃焼室１６には燃料ノズル８により燃料が供給され、空気入口１０から圧縮空気１１が供給される。燃料と圧縮空気１１とは燃焼室１６の内部で混合され、図示しない点火装置によって点火されて燃焼する。圧縮空気１１は冷却空気入口１７からシェル１２とパネル１４との隙間に入り、冷却空気１８としてその隙間を流れる。
【００２３】
燃焼室１６における燃焼によって発生した熱の一部は、基板２４に伝達する。基板２４に伝達した熱の一部は、丸ピン２２に伝達する。冷却空気１８は、シェル１２と基板２４の間の空間を流れる。冷却空気１８は、丸ピン２２の表面及び基板２４の丸ピンを有する側の面から熱を奪う。
【００２４】
リブ２３は、冷却空気１８の流れを攪乱して乱流３１を発生する。乱流３１が発生することにより、冷却空気１８は丸ピン２２の表面及び基板２４の丸ピンを有する側の面からより効率的に熱を奪う。
【００２５】
こうした熱交換隔壁１により、熱交換隔壁１の構造を有するパネル１４の温度上昇が抑制され、燃焼室１６からシェル１２に伝わる熱が効果的に抑制される。そのため、パネル１４及びシェル１２の耐久性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】ガスタービンの燃焼器の構成を示す。
【図２Ａ】熱交換隔壁の実施方法を示す。
【図２Ｂ】熱交換隔壁の実施方法を示す。
【図３】リブの形状を説明するための図である。
【符号の説明】
【００２７】
１…熱交換隔壁
２…燃焼器
４…外筒
６…内筒
８…燃料ノズル
９…空気入口
１０…空気入口
１１…圧縮空気
１２…シェル
１４…パネル
１６…燃焼室
１７…冷却空気入口
１８…冷却空気
２２…丸ピン
２３−１…第１リブ
２３−２…第２リブ
２４…基板
３１…第１削り線
３２…第２削り線
３３…第３削り線
【図１】
2005061333.tif 000003
【図２Ａ】
2005061333.tif 000004
【図２Ｂ】
2005061333.tif 000005
【図３】
2005061333.tif 000006